[发明专利]一种电感辅助脉冲激光摆动焊接装置及方法

说明书

本发明公开了一种电感辅助脉冲激光摆动焊接装置及方法，属于焊接技术领域。本发明将电感加热的温度场以及激光摆动对熔池的搅拌作用进行耦合，在感应线圈加热减缓金属液凝固速率的同时利用激光的摆动对熔池进行搅拌。本发明采用脉冲激光作为热源，采用机床带动2219—T87铝合金板移动，并同时采用振镜偏转带动激光束摆动的方式，实现2219—T87铝合金的焊接。本发明既能避免生产率低、热影响区大的情况，又能克服热输入大、成形质量差的不足。激光光束的摆动对熔池具有搅拌作用，可以打乱已经形成的枝晶，形成新的异质形核点，利于形成等轴晶，进而利于打散Al‑Al2Cu共晶组织，提高其力学性能。光束的摆动有利于气泡的溢出，减少气孔的形成。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，尤其涉及一种电感辅助脉冲激光摆动焊接装置及方法。

背景技术

2219—T87铝合金是Al一Cu—Mn系析出强化型高强铝合金，具有高低温力学性能好、焊接性能优良以及抗应力腐蚀性能好等特点，因此被广泛应用于航天运载器的贮箱结构中。当前对于2219—T87铝合金的焊接主要使用填丝变极性TIG氩弧焊，这种焊接方法易产生气孔裂纹等缺陷，另外Al+Al₂Cu共晶组织易于晶界析出，连结成裂纹状，严重影响其力学性能。

中国专利CN107442935A公开了一种铝合金激光摆动焊接工艺方法，此方法将连续激光作为热源，采用激光摆动的方式实现铝合金的焊接。但连续激光加工铝合金热输入大、成形质量差。

中国专利CN109759699A提出了一种5083铝合金激光焊接工艺方法，其实质是通过脉冲激光摆动消除焊接接头的气孔，预热方式为预热板预热，因此该方法仅限于小尺寸结构件的焊接。

清华大学赵琳在论文《光束摆动法减小激光焊接气孔倾向》中提出了通过机床带动工件以摆动的方式移动，以实现激光相对工件摆动的焊接，该方法有效地降低了焊接接头的气孔率。但该摆动方式对机床灵敏度要求较高，容易出现机床实际摆动频率或频率与理想情况差距较大的情况，容易引入各种误差。

发明内容

本发明针对现有技术中2219—T87铝合金焊接质量差的问题，本发明提出一种电感辅助脉冲激光摆动焊接装置及方法。通过脉冲激光焊接既能避免TIG/MIG等传统加工铝合金方法生产率低、热影响区大的情况，又能克服采用连续激光加工铝合金热输入大、成形质量差的不足。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种电感辅助脉冲激光摆动焊接装置，所述的电感辅助脉冲激光摆动焊接装置包括激光镜头1、感应线圈2、电磁感应主机3、线圈架4、红外测温仪5、2219—T87铝合金板6、偏振镜9和激光镜头座11。采用脉冲激光作为热源，偏振镜9的偏振带动光束摆动，并通过电感线圈2控温以预热缓冷的方式，实现2219—T87铝合金板6的焊接。

所述的激光镜头座11吊装在机床上方；所述的激光镜头1固定安装在激光镜头座11下方；所述的线圈架4安装在激光镜头座11下方、环绕在激光镜头1外侧；所述的感应线圈2水平安装在线圈架4底部，感应线圈2的中心与激光镜头1的轴向重合，感应线圈2在2219—T87铝合金板6上的作用面为10mm²～30mm²的区域，感应线圈2对焊接件产生了预热缓冷效果，降低了焊接过程中的温度梯度，缓冷可以降低液态金属的凝固速度，充分释放凝固过程中的内应力，同时高温促进金属液的流动，金属液对已经产生微观裂纹的部位及时填充抑制裂纹扩展。

所述的电磁感应主机3与感应线圈2电连接，用于向感应线圈2供电；所述的红外测温仪5通过辅助装置安装在机床上(辅助装置为可以为三脚架等常用的固定装置)，用于测量2219—T87铝合金板6的温度；所述的2219—T87铝合金板6安装在机床的工作台上，2219—T87铝合金板6的焊缝方向与机床工作台的移动方向平行；所述的偏振镜9水平安装在激光镜头1内部，偏振镜9的偏振方向与机床工作台的移动方向垂直；

进一步的，所述的感应线圈2直径为6～12mm。